自动装置线路重合闸.docx

在电力系统线路故障中，大多数都是“瞬时性”故障，如雷击、碰线、鸟 害等引起的故障，在线路被保护迅速断开后，电弧即行熄灭。对这类瞬时性故 障，待去游离结束后，如果把断开的断路器再合上，就能恢复正常的供电。此 外，还有少量的“永久性故障”，如倒杆、断线、击穿等。这时即使再合上断 路器，由于故障依然存在，线路还会再次被保护断开。由于线路故障的以上性质，电力系统中广泛采用了自动重合闸装置，当断路 器跳闸以后，能自动将断路器重新合闸。1、重合闸的利弊显然，对于瞬时性故障，重合闸以后可能成功；而对于永久性故障，重合闸会 失败。统计结果，重合闸的成功率在70%90%。重合闸的设置对于电力系统来说 有利有弊。(利)当重合于瞬时性故障时：(1)可以提高供电的可靠性，减少线路停电次数及停电时间。特别是对单侧电 源线路；(2)可以提高电力系统并列运行的稳定性，提高输电线路传输容量；(3)可以纠正断路器本身机构不良或保护误动等原因引起的误跳闸；(弊)当重合于永久性故障时：(1)使电力系统再一次受到冲击，影响系统稳定性；(2)使断路器在很短时间内，连续两次切断短路电流，工作条件恶劣；由于线路故障绝大多数都是瞬时性故障，同时重合闸装置本身投资低，工 作可靠，因此在电力系统中得到了广泛的应用。2、重合闸的分类理论上来讲，除了线路重合闸，还有母线重合闸和变压器重合闸，但权衡利K2点的非选择性跳闸也只能再用重合闸来补救。所以前加速方式通常用于35kV 以下不太重要的直配线路上使用。优点：(1)能快速切除瞬时性故障；(2)使用设备少，只需要配一套重合闸装置，简单经济；缺点：(1)重合于永久性故障上，故障切除的时间可能较长；(2)牺牲了选择性，如果重合闸合闸失败，将扩大停电范围；2、重合闸后加速所谓后加速就是当线路第一次故障时，保护有选择性动作，然后进行重合。如 果重合于永久性故障上，那么在断路器合闸后，那么不带时限，加速瞬时切除故障。在图中各处的多段式保护均按照其整定配合的时限动作，所以第一次跳闸是有 选择性的。如k点短路，假设3号保护或断路器拒动，那么由1号保护的II段或in 段延时动作。随后1号断路器重合，如果是永久性故障，那么1号保护再次跳 闸时就没必要再等延时，所以设置了后加速功能，重合后瞬时切除故障。“后加速”广泛用于35kV以上电网。一般是加速距离、零序II段的动作，有 时也可以加速in段动作。但是加速距离保护时要考虑是否经振荡闭锁。优点：(1)第一次可以有选择性切除故障，不会扩大停电范围；(2)对永久性故障重合闸后能瞬时切除。缺点：（1）每个断路器都需要装设一套重合闸，与前加速相比拟复杂；（2）第一次切除故障可能带延时；3、3/2接线方式对重合闸和断路器失灵保护的要求一般的输电线路保护要发跳闸命令时只跳本线路的一个断路器，重合闸自然也 只重合这个断路器，所以重合闸按保护配置。可是有些输电线路保护要发跳闸 命令时要跳两个断路器，例如在如图的3/2接线中，L1 一段保护要发跳令时， 要跳1、2两个断路器，重合闸自然也要合这两个断路器。这就涉及到一个重合 闸次序的问题。到底是先合边断路器1,还是先合中断路器2,还是两个一起合？我们先来看一下断路器失灵保护。首先看边断路器失灵的情况：如果L1上发生短路，线路保护跳1、2两个断路 器。假如断路器1失灵，其失灵保护应将I母上所有断路器（图中断路器4）都 跳开。如果I母上发生短路，母线保护动作跳母线上所有断路器，假如断路器1 失灵，断路器1的失灵保护应将断路器2跳开，并远跳L1对侧断路器7。由此 我们总结：边断路器的失灵保护动作后应该跳开边断路器所在母线上的所有断 路器和中断路器，并远跳边断路器所连线路的对端断路器。再来看中断路器失灵的情况：如果L1上发生了短路，线路保护跳断路器1、2O 如果断路器2失灵，其失灵保护应跳开断路器3,并远跳断路器8。我们总结： 中断路器的失灵保护动作后跳开他两侧的边断路器，并远跳与之相连的线路对 端断路器。结合失灵保护的动作情况，我们回头来看重合闸。假设L1上的故障时永久性故 障。如果先合中断路器2,保护再次动作，如果断路器2此时失灵，其失灵保护 将跳开断路器3、8o这样将造成线路L2停电。如果先合边断路器1,保护再次 动作，如果断路器1失灵，其失灵保护跳开断路器4、7,线路L2以及其他各线 路均不受影响。所以，重合闸应先合边断路器，后合中断路器。如果边断路器 重合不成功，保护在此将边断路器跳开，此时中断路器就不再重合且发三跳命 令。既然3/2接线中断路器重合闸有一个先后次序。那么重合闸就不应设置在线路 保护装置内，而应按断路器单独设置。此外边断路器和中断路器的失灵保护跳 闸对象也不一样，所以失灵保护也应按断路器单独设置。因此3/2接线中， 把重合闸和断路器失灵保护做成单独的断路器保护装置，每一个断路器配置一 套该装置。4、小结通过三期的讨论，我们把线路自动重合闸的相关知识大致地过了一下。首先了 解了自动重合闸的作用和分类，了解了检无压和检同期重合闸；然后学习了自 动重合闸装置是如何实现重合闸的，尤其是位置不对应起动方式和保护起动方 式，还讨论了重合闸的充电条件和闭锁条件；本期主要讨论了重合闸的前加速、 后加速的概念，以及3/2接线方式下的运行要求。弊，后两者用的很少。因此我们只讨论线路重合闸。按重合闸动作次数可分为：一次重合闸、二次（屡次）重合闸；重合闸如果屡次重合于永久性故障，将使系统遭受屡次冲击，后果严重。所以 在高压电网中基本上均采用一次重合闸。只有llOkV及以下单侧电源线路，当 断路器断流容量允许时，才有可能采用二次重合闸。按重合闸方式可分为：三相重合闸、单相重合闸、综合重合闸；通常，保护装置设有四种重合闸方式：三重、单重、综重、重合闸停用。这四 种方式可以由屏上的转换把手或定值单中的控制字来选择。下面我们简单了解 三重、单重和综重的区别。三相一次重合闸：线路上发生任何故障，保护三跳三重。如果重合成功，线路继续运行，如果重 合于永久性故障，保护再次三跳不重合。单相一次重合闸：线路发生单向接地故障，保护跳开故障相，重合。如果重合成功，线路继续运 行，如果重合于永久性故障，保护三跳不重合。如果线路上发生相间故障，保护三跳不重合。综合重合闸：顾名思义，综合重合闸就是综合了三重和单重两种方式。对线路单相接地故障, 按单重方式处理；对线路相间故障，按三重方式处理。按重合闸使用条件可分为：单侧电源重合闸：通常为顺序重合闸；双侧电源重合闸：包括检无压/检同期重合闸、解列重合闸、自同步重合闸； 下面我们主要介绍一下比拟常用的检无压和检同期重合闸。3、检无压和检同期重合闸在双侧电源线路三相跳闸后，重合闸是必须考虑双侧系统是否同期的问题。非 同期重合闸将会产生很大的冲击电流，甚至引起系统震荡。对于两侧系统是否 同期的认定，目前应用最多的是检查线路无压和检查同期重合闸。也就是说， 在线路的一侧采用检查线路无电压，而在另一侧采用检查同期的重合闸。如图, MN线路的M侧采用检查线路无压重合闸（用V表示），N侧采用检查同期重合 闸（用V-V表示）。v<0 0检无压：当MN线路上发生短路，两侧三相跳闸后，线路上三相电压为零。所以 M侧检查到线路无压满足条件。经延时发重合闸命令。检同期：M侧重合闸后，N侧检查到母线和线路均有电压，且母线与线路的同名 相电压相交叉在定值允许范围内。这时N侧合闸满足同期条件，经延时发令重 合闸。使用检同期需要同时向装置提供母线电压和线路电压。从上述动作过程可以看出，检无压的一侧总是先重合闸。因此该侧有可能重合 闸于永久性故障再次跳闸。断路器可能在短时间内两次切除短路电流，工作条 件恶劣。而检同期侧那么肯定是重合于完好线路，工作条件好一些。为了平衡负 担，通常在线路两侧都装设检同期和检无压的继电器，定期倒换使用，使两侧断路器工作条件接近。但对于发电厂的送出线路，电厂侧通常固定为检同期或停用重合闸。这是 为了防止发电机受到再次冲击。断路器在正常运行情况下，由于误碰跳闸机构、出口继电器意外闭合等情 况，可能造成断路器误跳闸，也就是所谓的“偷跳”。对于使用检无压的M侧 的断路器，如果发生了偷跳，对侧断路器仍闭合，线路上仍有电压。因此检无 压的M侧就不能实现重合。为了使其能对“偷跳”用重合闸来纠正，通常都是 在检无压的一侧也同时投入检同期功能。这样，如果发生了 “偷跳”，那么检同 期继电器就能够起作用，将“偷跳”的断路器重合。所以M侧同时标示了 V和 V-Vo需要尤其注意的是，在使用检同期的另一侧(N侧)，其检无压功能是绝对不允 许同时投入的！否那么的话，可能两侧检无压功能同时作用，造成非同期合闸， 对系统产生严重影响。除了检无压和检同期的方法，在双回线上还可以使用“检相邻线有电流方 式”实现同期重合闸。当双回线中一回线发生故障并两侧三相跳闸时，当检查 到一回线上有电流时，即表示两侧电源仍保持联系，可以重合本线路。4、重合闸方式的选定在nokv及以下电压等级的输电线路都采用的三项重合闸方式。在220kV及以上电压等级的输电线路除了三相重合闸方式外，还有单相重合闸、 综合重合闸方式。使用单相重合闸、综合重合闸要满足一下条件：(1)断路器必须是分箱操作的；(2)继电保护要能选项出口，且必须考虑非全相运行问题。这将是保护设计接线等工作复杂化，但单重、综重在超高压线路电网中，对提 高供电可靠性和系统稳定性都有好处。对于双侧电源线路，检无压侧重合闸时间整定为10s左右，另一侧检同期重合 闸时间整定一般为0. 50.8s。当一组断路器设置有两套重合闸装置(例如线路的两套保护都配置有重合闸功 能)，且同时投运时，应有措施保证线路故障后仅实现一次重合闸。了解一下装置是如何实现重合闸的。1、重合闸装置的组成元件通常高压输电线路自动重合闸装置主要是由起动元件、延时元件、一次合闸脉 冲和执行元件等组成。(1)重合闸起动元件：当断路器由保护动作跳闸或其他非手动原因跳闸后，起 动重合闸，使延时元件动作。一般使用断路器控制状态与断路器位置不对应起 动、保护起动两种方式。(2)延时元件：起动元件发令后，延时元件开始计时。这个延时就是重合闸时 间，可以在装置中整定。(3)合闸脉冲：当延时时间到，马上发出一次可以合闸脉冲命令，并开始计时, 准备重合闸的整组复归。在复归时间里，即使再有重合闸延时元件发出的命令, 也不可以发出第二个合闸脉冲。这样就保证了在一次跳闸后，有足够的时间合 上(对瞬时故障)和再次跳开(对永久故障)断路器，而不会出现屡次重合。(4)执行元件：将重合闸动作信号送至合闸回路和信号回路，使断路器重新合 闸并发出信号。2、重合闸的起动方式自动重合闸装置有两种起动方式：断路器状态与断路器位置不对应起动方式、保护起动方式。（1）断路器状态与断路器位置不对应起动方式如果自动重合闸装置中，控制开关在合闸状态，KKJ=1,说明原先断路器是处于 合闸状态。假设此时跳闸位置继电器TWJn，由于手动分闸会使KKJ=0,所以一定 是保护跳闸或者是断路器“偷跳”。此时应该起动重合闸，所以KKJ和TWJ位 置不对应起动重合闸的方式称为“位置不对应起动方式”。发生“偷跳”时保护没有发出跳闸命令，所以如果不用位置不对应起动方式， 就没法用重合闸进行补救。所以位置不对应起动方式是所有重合闸都必须具备 的基本起动方式。其缺点是TWJ异常或发生粘连等情况下，该方式将失效。所 以通常会增加检查线路对应相无流的条件进一步确认，在提高可靠性。上图为重合闸回路的示意图。位置不对应起动方式重合闸动作过程如下：a.当控制把手处于合后位置（KKJ=1）,且断路器处于合位（HWJ=1）时，自动 重合装置充电，充电完成后充电灯点亮，重合闸准备就绪。b.此时假设断路器跳闸，HWJ=0, TWJ=1, KKJ=1,时间继电器SJ动作，经一定延 时后，SJ接点闭合，中间继电器ZJV电压起动。c.ZJV接点闭合，ZJI电流自保持，合闸回路导通，合圈HQ得电，重合断路器。（2）保护起动方式现场运行的自动重合闸大多数是由保护动作发出跳闸命令后，才需要重合闸。 因此自动重合闸也应支持保护跳令起动方式：本保护装置发出单相/三相跳令且 对应单相/三相线路无电流，此时起动重合闸。此外还提供保护双重化配置情况下，另一套保护装置动作后来启动本保护装置 的重合闸功能：另一套保护装置三相/单相跳闸动作触点引入本保护重合闸装 置，作为本保护的“外部三跳起动重合闸”或“外部单跳起动重合闸”的开入 量，再经本装置检查线路无流后，起动本装置的重合闸。当然，在已使用位置 不对应起动方式的情况下，也可以不使用该功能。保护起动方式可以有效纠正保护误动作引起的误跳闸，但是不能纠正断路器本 身的“偷跳”。所以保护起动方式作为断路器位置不对应方式的补充。位置不对应起动方式和保护启动方式在自动化重合闸装置一般都具备，可以同 时投入，相互补充。3、自动重合闸的充电条件做过保护校验的朋友都知道，只有等装置重合闸充电灯亮后，重合闸才可以使 用。那么重合闸为什么要充电呢？其实重合闸充电的主要目的是为了实现一次 重合闸以及闭锁重合闸的需要。当手动合闸或者自动重合闸后，如果一切正常，重合闸开始“充电”。只有充 电时间大于1015s后，才“充满电”。当重合闸装置发合闸脉冲前，先要检查 一下是否“充满电”，只有“充满电”才发合闸脉冲。重合闸装置发出合闸脉 冲后，马上把“电放掉”。如果断路器重合成功，又重新开始充电。如果重合 于永久性故障线路，保护马上再次将断路器跳开。此时如果要再次重合闸，检 查发现充电时间远远小于1015s,没有“充满电”，所以也就不允许二次重合 闸。而为了在手动跳闸以及闭锁重合闸时，也会把“电放掉”，使装置不重合。 在模拟型保护中，充电、放电的过程确实是通过电阻、电容实现的。重合闸发 合闸命令时利用电容器上的电压对中间继电器ZJV放电。只有电容器充电时间 大于15s后，其电压才足够使ZJV动作。而微机保护中，充电、放电的过程那么通过重合闸程序中的一个计数器不断计数、清零来实现。显然要方便了许多。自动重合闸充电条件如下：(1)重合闸处于正常投入状态；(2)三相断路器都在合闸状态，断路器的TWJ都未动作；(3)断路器液压或气压正常；(4)没有外部闭锁重合闸的输入。如：没有手动跳闸、手动合闸、没有母线保 护动作输入、没有其他保护闭锁重合闸输入等；(5)没有PT断线或失压信号。因为当采用综重或三重方式时，在三相跳闸后 使用检无压或检同期重合闸，需要用到线路和母线电压。如果PT断线或失压， 将影响重合闸正常动作。所以此时应闭锁重合闸。4、重合闸的闭锁条件(1)由保护装置定值控制字控制包含闭锁重合闸的条件。如：距离HI段、零 序III段永跳等；(2)手动合闸于故障线路上时，闭锁重合闸。因为此时故障为瞬时性故障的概 率极小；(3)线路保护单跳或三跳失败后，直接永跳闭锁重合闸。因为此时可能是断路 器本身有故障，需要停电检修；(4)采用单重方式时，如果保护三跳那么闭锁重合闸；(5)当双重化的两套保护都投入重合闸时，为了防止两套重合闸装置出现两次 重合的情况，一套装置的重合闸在发现另一套装置重合闸已将断路器合上后， 立即放电并闭锁本装置的重合闸；(6)重合闸在满足充电条件1020s后充电完成，一般取15s,在充电未完成的 情况下试图重合，此时将闭锁重合闸。（7）重合闸装置检测到由外部闭锁重合闸的开入时（如：母线保护动作、手分 手合等），应立即放电，闭锁重合闸。自动重合闸的问题比拟琐碎，我们本期继续讨论。这一期主要了解一下重合闸 的前加速、后加速，以及3/2接线方式下的运行要求。继电保护与重合闸配合可以利用重合闸所提供的条件以加速继电保护切除故 障。也就是我们通常所说的前加速和后加速。1、重合闸前加速在如图的低压电网单侧电源线路上，如果只装有简单的电流速断和过流三段式 的电流保护。电流速断保护只能保护本线路的80%。而过电流保护虽然保护范围 长，但动作时间按阶梯型配合。如果串接的线路很多的话，将造成电源侧的1 号过流保护动作时间非常长。这样即使是在MN线路末端发生短路，1号断路器 也需要很长的时间才能切除故障，这对系统是不利的。为了解决这样的问题，可以再1号断路器设置重合闸装置（ZCH）,而其他保护 处不设重合闸。并且设置1号的过流保护在重合闸前使瞬时动作的，重合后它 的动作时限才按阶梯型配合动作。这样的设置称做重合闸前加速。这样一来，无论是MN线路末端K1短路，还是其他线路任一点K2短路，1号的 过流保护都可以瞬时切除故障。如果是瞬时性故障，1号断路器重合后立即恢复 供电。如果是永久性故障，重合后1号断路器过流保护再按照整定时间动作。前加速方式第一次跳闸虽然快速，但是有可能牺牲了选择性。例如在远处K2点 短路，1号断路器非选择性瞬时跳闸，这将造成N、P、Q几个变电站全部停电。